宇宙微波背景辐射CMBR的热力学起源.doc

宇宙微波背景辐射（CMBR）的热力学起源 —关于宇宙起源问题的结论性证明 程卓刚 关键词 热力学 熵 引力 反引力 哈勃定律 银河系 暗物质 宇宙膨胀 宇宙微波背景辐射 标准宇宙模型 能量守恒 摘要 引力与反引力对称作用的结果导致星系空间膨胀和宇宙膨胀，同时产生暗物质。根据哈勃常数和宇宙年龄确定的宇宙暗物质约占宇宙物质总量的98.65%。宇宙微波背景辐射的热力学起源来自反引力作用对星系做功时产生的耗散能量，理论值与观测值极为吻合。宇宙在137亿年间大约膨胀了2.7倍。所有的结果显示：宇宙起源于热力学大爆炸，但是目前宇宙的状态符合“稳恒态”宇宙模型而不是“大爆炸”理论模型。 宇宙微波背景辐射（cosmic microwave background radiation，CMBR）是现代宇宙学的重大发现，与宇宙的哈勃膨胀、大爆炸核合成（BBN）理论并称为标准宇宙模型（Standard model of cosmology）理论的三大基石（1、2）。基于精确观测基础上的重复校正，目前确认宇宙微波背景辐射的等效温度T=2.736±0.016K。来自宏观观测和微观物理实验两个方面的证据支持宇宙的热力学起源学说，即所谓大爆炸学说。标准宇宙模型理论是当前宇宙学研究领域的主导理论。尽管如此，标准宇宙模型不能对已被证实的宇宙加速膨胀和占宇宙物质总量90%以上的暗物质现象做出系统、一致的合理解释。 热力学对称选择模型提出引力和反引力对称作用机制，揭示出宇宙膨胀与暗物质的内在联系（3）。在此基础上，本文将对宇宙微波背景辐射的热力学起源予以证明，进一步揭示宇宙膨胀（包括星系膨胀）、暗物质以及CMBR三者之间的必然关系。 物体之间或者大质量构造（如星系、星系群等）之间的热力学基本相互作用对称形式为：±Sg=±Fg=±GmM/r2。其中： 引力Sg=Fg=-GmM/r2；反引力Sg+=Fg+=GmM/r2。 对于反引力函数关系Sg+=Fg+=GmM/r2直接求导，可以得到： dSg+=G·d(mM/r2)=(G/r4)·(Mr2·dm + mr2·dM-2mMr·dr)。 当dSg+= 0时，Mr2·dm+mr2·dM-2mMr·dr=0。 改写方程为形式：dm/m + dM/M-2dr/r=0， ((dm/m+ dM/M-2dr/r)=ln(mM/r2)+C=0，C=-ln(mM/r2)。 ∵mM/r2=e—C，∴Sg+=Fg+=GmM/r2=G·e—C。 考虑将dSg+=G·d(mM/r2)=(G/r4)·(Mr2·dm+mr2·dM-2mMr·dr)表达为分解形式：dSg+ = dSgm+ + dSgr+。其中： dSgm+=(G/r4)·((Mr2·dm + mr2·dM)，dSgr+=(G/r4)·(-2mMr·dr)。 ∵dSgr+=(G/r4)·(-2mMr·dr)=-2GmM·dr/r3， ∴dSgr+/dt=-2(GmM/r3)·dr/dt=-2(GmM/r3)·dr/dt。 ∵dr/dt =v=H0·r，H0为哈勃常数，v代表星系退行速度， ∴dSgr+/dt=-2GH0mM/r2，dSgr++2GH0mM·dt/r2=0。 ((dSgr++2GH0mM·dt/r2)=Sgr++2GH0tmM/r2+C=0。 当t = 0时，C=-Sgr0+， Sgr++2GH0tmM/r2+C=(Sgr+-Sgr0+)+2GH0tmM/r2=0。 ΔSgr+=(Sgr+ - Sgr0+)=-2GH0tmM/r2。……（1） ∵dr/dt=H0·r，∴dr-H0r·dt=0，dr/r-H0·dt=0， ((dr/r-H0·dt)=lnr-H0·t+C=0。当t=0时，C=-lnr0， lnr-H0·t+C=ln(r/r0)-H0·t=0，H0·t=ln(r/r0)=lnδ，δ=r/r0=eH0·t。 ∴ΔSgr+=(Sgr+ - Sgr0+)=-2GH0tmM/r2=-2GmM·lnδ/r2。……（2） ΔSgr+=-2GmM·lnδ/r2=-2GmMΔr·lnδ/Δr·r2。 ∵Fg+=GmM/r2，Fg+·Δr = w（反引力对系统所做的功）， Δr = r-r0 = δr0 - r0 = r0·(δ - 1) = r·(δ - 1)/δ， ∴ΔSgr+=-2GmMΔr·lnδ/Δr·r2=-2δw·lnδ/r·(δ - 1)。……（3） 视Sgm+ 和Sgr+为各自独立的、封闭系统的熵。经典热力学定义系统熵的函数形式：ΔS=ΔQ/T。Q表示转移到系统中的热量，T表示系统的热力学温度。 按照经典热力学定义形式，定义：ΔSgr+=ΔQr / Tr，则有： Tr = ΔQr /ΔSgr+ =-ΔQr·r(δ - 1)/2δw·lnδ ( 0。 与一般